Все формулы взяты в строгом соответствии с Федеральным институтом педагогических измерений (ФИПИ)
3.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
3.1.1 Электризация тел и её проявления. Электрический заряд. Два вида заряда. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда
1. Существуют заряды двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный — при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.
2. Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются.
3. Состояние электризации можно передать от одного тела к другому, что связано с переносом электрического заряда. При этом телу можно передать больший или меньший заряд, т. е. заряд имеет величину. При электризации трением заряд приобретают оба тела, причем одно — положительный, а другое — отрицательный. Следует подчеркнуть, что абсолютные величины зарядов наэлектризованных трением тел равны, что подтверждается многочисленными измерениями зарядов с помощью электрометров.
Объяснить, почему тела электризуются (т. е. заряжаются) при трении, стало возможным после открытия электрона и изучения строения атома. Как известно, все вещества состоят из атомов; атомы, в свою очередь, состоят из элементарных частиц — отрицательно заряженных электронов, положительно заряженных протонов и нейтральных частиц —нейтронов. Электроны и протоны являются носителями элементарных (минимальных) электрических зарядов.
Элементарный электрический заряд (е) — это наименьший электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона:
Закон сохранения электрического заряда — алгебраическая сумма электрических зарядов всех частиц изолированной системы не меняется при происходящих в ней процессах.
3.1.2 Взаимодействие зарядов. Точечные заряды. Закон Кулона:
Электрический заряд (Кл) — это физическая величина, являющаяся источником электрического поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих зарядом.
Закон Кулона — это один из основных законов электростатики. Он определяет величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами.
Кулон (Кл) — единица СИ количества электричества (электрического заряда).Она является производной единицей и определяется через единицу силы тока — 1 ампер (А), которая входит в число основных единиц СИ.
За единицу электрического заряда принимают заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за 1 с.
[1 Кл = 1 А ·Bс]
Точечный заряд — заряженное тело, размер которого много меньше расстояния его возможного воздействия на другие тела. В таком случае ни форма, ни размеры заряженных тел не влияют практически на взаимодействие между ними.
3.1.3 Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
Электрическое поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц.
Главным свойством электрического поля является действие его на электрические заряды с некоторой силой. По этому действию устанавливается факт его существования. Действие поля на единичный заряд — напряженность поля — является одной из его основных характеристик, по которой изучается распределение поля в пространстве.
3.1.4 Напряжённость электрического поля (Н/м) — векторная характеристика поля, сила, действующая на единичный покоящийся в данной системе отсчета электрический заряд:
Поле точечного заряда:
Однородное поле:
Картины линий полей
3.1.5 Потенциальность электростатического поля
Потенциал (потенциальная функция) (от лат. potentia — сила) является энергетической характеристикой векторных полей, к числу которых относятся гравитационное, электромагнитное и электростатическое поля.
Потенциал электростатического поля в данной точке численно равен работе, которую совершают силы поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.
Разность потенциалов и напряжение
Работа по перемещению заряда (Дж) в однородном электростатическом поле зависит только от начального и конечного положений движущегося заряда и не зависит от формы траектории. При перемещении заряда по замкнутой траектории работа равна нулю.
Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле(Дж):
Потенциал электростатического поля(Дж/Кл):
Связь напряжённости поля и разности потенциалов для однородного электростатического поля: U = Ed
3.1.6 Принцип суперпозиции электрических полей:
3.1.7 Проводники в электростатическом поле. Условие равновесия зарядов: внутри проводника
Внутри и на поверхности проводника
3.1.8 Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества ε.
Диэлектрики (или изоляторы) — вещества, относительно плохо проводящие электрический ток (по сравнению с проводниками).
Полярные диэлектрики состоят из молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы можно представить в виде двух одинаковых по модулю разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называемых диполем.
Неполярные диэлектрики состоят из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Относительная диэлектрическая проницаемость среды ε — это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряженности электростатического поля Е внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности поля Е0 в вакууме:
3.1.9 Конденсатор. Электроёмкость конденсатора(Ф):
Электроёмкость плоского конденсатора — величина заряда, которую нужно сообщить конденсатору, чтобы изменить его потенциал на единицу:
3.1.10 Параллельное соединение конденсаторов:
Последовательное соединение конденсаторов:
3.1.11 Энергия заряженного конденсатора (Дж):
